Dane wyjściowe:

Zaprojektować układ technologiczny zakładu oczyszczania wody powierzchniowej wraz z doborem dawki środka koagulującego - siarczanu glinu Al₂(SO₄)₃*18H₂O dla zaopatrzenia miasta wymagającego ilości wody:

Q=19943 m³/d

W rzece z której ujmowana będzie woda dla zakładu oczyszczania wody zainstalowano automatyczny miernik mętności. Wyniki przeprowadzonych pomiarów w okresie roku przedstawiono w tabeli nr 1:

Lp	Data	Mętność [NTU]			40	9 lut	10,8
1	1 sty	5,9			41	10 lut	7,8
2	2 sty	5,6			42	11 lut	4,9
3	3 sty	5,9			43	12 lut	5,5
4	4 sty	5,9			44	13 lut	5,3
5	5 sty	6,3			45	14 lut	4,4
6	6 sty	6,1			46	15 lut	5,3
7	7 sty	6,3			47	16 lut	4,4
8	8 sty	6,1			48	17 lut	4,4
9	9 sty	6,3			49	18 lut	4,2
10	10 sty	6,3			50	19 lut	4,9
11	11 sty	6,6			51	20 lut	4,2
12	12 sty	6,6			52	21 lut	4,6
13	13 sty	5,4			53	22 lut	4,1
14	14 sty	5,6			54	23 lut	4,9
15	15 sty	5,6			55	24 lut	5,3
16	16 sty	4,9			56	25 lut	5,3
17	17 sty	6,3			57	26 lut	5,8
18	18 sty	13,6			58	27 lut	5,3
19	19 sty	12,5			59	28 lut	4,6
20	20 sty	12,2			60	1 mar	14,1
21	21 sty	15,7			61	2 mar	16,6
22	22 sty	26,5			62	3 mar	21,3
23	23 sty	27,4			63	4 mar	29,5
24	24 sty	29,4			64	5 mar	54,1
25	25 sty	44,1			65	6 mar	55,3
26	26 sty	44,1			66	7 mar	68,2
27	27 sty	45,1			67	8 mar	52,9
28	28 sty	44,1			68	9 mar	52,9
29	29 sty	46,1			69	10 mar	65,9
30	30 sty	52,9			70	11 mar	84,7
31	31 sty	52,9			71	12 mar	105,8
32	1 lut	55,9			72	13 mar	63,5
33	2 lut	43,1			73	14 mar	29,4
34	3 lut	37,2			74	15 mar	32,9
35	4 lut	26,5			75	16 mar	14,1
36	5 lut	21,6			76	17 mar	16,5
37	6 lut	18,6			77	18 mar	40,0
38	7 lut	16,7			78	19 mar	41,2
39	8 lut	11,8			79	20 mar	54,1

80	21 mar	55,3			130	10 maj	1,2
81	22 mar	52,9			131	11 maj	1,2
82	23 mar	55,3			132	12 maj	1,2
83	24 mar	68,2			133	13 maj	2,4
84	25 mar	52,9			134	14 maj	3,5
85	26 mar	91,7			135	15 maj	2,4
86	27 mar	40,0			136	16 maj	52,9
87	28 mar	65,9			137	17 maj	50,6
88	29 mar	67,0			138	18 maj	44,7
89	30 mar	91,7			139	19 maj	56,4
90	31 mar	102,3			140	20 maj	70,6
91	1 kwi	65,9			141	21 maj	64,7
92	2 kwi	78,8			142	22 maj	52,9
93	3 kwi	52,9			143	23 maj	54,1
94	4 kwi	78,8			144	24 maj	55,3
95	5 kwi	65,9			145	25 maj	52,9
96	6 kwi	65,9			146	26 maj	55,3
97	7 kwi	89,4			147	27 maj	52,9
98	8 kwi	102,3			148	28 maj	52,9
99	9 kwi	67,0			149	29 maj	54,1
100	10 kwi	50,6			150	30 maj	54,1
101	11 kwi	65,9			151	31 maj	104,7
102	12 kwi	76,4			152	1 cze	102,3
103	13 kwi	78,8			153	2 cze	104,7
104	14 kwi	84,7			154	3 cze	103,5
105	15 kwi	78,8			155	4 cze	78,8
106	16 kwi	68,2			156	5 cze	105,8
107	17 kwi	110,5			157	6 cze	52,9
108	18 kwi	27,0			158	7 cze	54,1
109	19 kwi	31,8			159	8 cze	50,6
110	20 kwi	28,2			160	9 cze	54,1
111	21 kwi	21,2			161	10 cze	52,9
112	22 kwi	31,8			162	11 cze	67,0
113	23 kwi	34,1			163	12 cze	52,9
114	24 kwi	44,7			164	13 cze	42,3
115	25 kwi	47,0			165	14 cze	52,9
116	26 kwi	49,4			166	15 cze	14,1
117	27 kwi	56,4			167	16 cze	18,8
118	28 kwi	35,3			168	17 cze	50,6
119	29 kwi	30,6			169	18 cze	52,9
120	30 kwi	23,5			170	19 cze	78,8
121	1 maj	21,2			171	20 cze	91,7
122	2 maj	3,5			172	21 cze	78,8
123	3 maj	8,2			173	22 cze	104,7
124	4 maj	4,7			174	23 cze	89,4
125	5 maj	52,9			175	24 cze	65,9
126	6 maj	54,1			176	25 cze	40,0
127	7 maj	67,0			177	26 cze	14,1
128	8 maj	63,5			178	27 cze	11,8
129	9 maj	52,9			179	28 cze	14,1

180	29 cze	9,4			230	18 sie	61,7
181	30 cze	7,1			231	19 sie	90,0
182	1 lip	1,2			232	20 sie	78,4
183	2 lip	1,2			233	21 sie	81,1
184	3 lip	1,9			234	22 sie	49,4
185	4 lip	1,6			235	23 sie	75,9
186	5 lip	1,8			236	24 sie	72,3
187	6 lip	1,8			237	25 sie	22,9
188	7 lip	1,8			238	26 sie	70,6
189	8 lip	1,8			239	27 sie	70,6
190	9 lip	1,6			240	28 sie	11,8
191	10 lip	1,6			241	29 sie	13,7
192	11 lip	1,8			242	30 sie	11,8
193	12 lip	1,8			243	31 sie	10,8
194	13 lip	1,6			244	1 wrz	12,3
195	14 lip	1,8			245	2 wrz	2,7
196	15 lip	3,4			246	3 wrz	4,1
197	16 lip	1,8			247	4 wrz	5,5
198	17 lip	1,4			248	5 wrz	6,9
199	18 lip	1,2			249	6 wrz	16,5
200	19 lip	1,8			250	7 wrz	48,0
201	20 lip	2,1			251	8 wrz	63,1
202	21 lip	1,4			252	9 wrz	65,9
203	22 lip	1,4			253	10 wrz	68,6
204	23 lip	2,8			254	11 wrz	71,3
205	24 lip	2,1			255	12 wrz	76,8
206	25 lip	2,8			256	13 wrz	82,3
207	26 lip	4,4			257	14 wrz	85,1
208	27 lip	3,9			258	15 wrz	109,8
209	28 lip	3,9			259	16 wrz	115,2
210	29 lip	7,8			260	17 wrz	123,5
211	30 lip	11,8			261	18 wrz	61,7
212	31 lip	25,5			262	19 wrz	59,0
213	1 sie	54,7			263	20 wrz	32,9
214	2 sie	74,1			264	21 wrz	63,1
215	3 sie	21,2			265	22 wrz	57,6
216	4 sie	75,9			266	23 wrz	61,7
217	5 sie	88,2			267	24 wrz	59,0
218	6 sie	29,4			268	25 wrz	5,5
219	7 sie	28,2			269	26 wrz	5,5
220	8 sie	54,7			270	27 wrz	6,9
221	9 sie	65,3			271	28 wrz	6,9
222	10 sie	109,8			272	29 wrz	8,2
223	11 sie	43,1			273	30 wrz	52,8
224	12 sie	45,1			274	1 paź	83,7
225	13 sie	46,1			275	2 paź	85,5
226	14 sie	44,1			276	3 paź	87,4
227	15 sie	74,1			277	4 paź	85,5
228	16 sie	42,3			278	5 paź	89,2
229	17 sie	87,2			279	6 paź	85,5

280	7 paź	83,7			330	26 lis	75,5
281	8 paź	85,5			331	27 lis	75,5
282	9 paź	89,2			332	28 lis	68,6
283	10 paź	81,9			333	29 lis	61,7
284	11 paź	83,7			334	30 lis	54,9
285	12 paź	85,5			335	1 gru	40,2
286	13 paź	89,2			336	2 gru	38,2
287	14 paź	101,9			337	3 gru	35,3
288	15 paź	94,6			338	4 gru	34,3
289	16 paź	98,3			339	5 gru	32,3
290	17 paź	101,9			340	6 gru	29,4
291	18 paź	109,2			341	7 gru	28,4
292	19 paź	112,8			342	8 gru	19,6
293	20 paź	134,7			343	9 gru	29,7
294	21 paź	112,8			344	10 gru	23,8
295	22 paź	87,4			345	11 gru	9,9
296	23 paź	78,3			346	12 gru	7,9
297	24 paź	76,4			347	13 gru	5,9
298	25 paź	83,7			348	14 gru	9,9
299	26 paź	87,4			349	15 gru	7,9
300	27 paź	51,0			350	16 gru	4,0
301	28 paź	29,1			351	17 gru	13,9
302	29 paź	16,4			352	18 gru	11,9
303	30 paź	16,4			353	19 gru	9,9
304	31 paź	16,5			354	20 gru	7,9
305	1 lis	16,5			355	21 gru	5,9
306	2 lis	26,1			356	22 gru	4,0
307	3 lis	57,6			357	23 gru	5,9
308	4 lis	63,1			358	24 gru	4,0
309	5 lis	65,9			359	25 gru	7,9
310	6 lis	71,3			360	26 gru	5,9
311	7 lis	74,1			361	27 gru	11,9
312	8 lis	79,6			362	28 gru	9,9
313	9 lis	80,9			363	29 gru	9,9
314	10 lis	59,0			364	30 gru	9,9
315	11 lis	57,6			365	31 gru	7,9
316	12 lis	56,3			Średnia	46,4
317	13 lis	61,7
318	14 lis	57,6
319	15 lis	31,6
320	16 lis	16,5
321	17 lis	24,7
322	18 lis	57,6
323	19 lis	57,6
324	20 lis	59,0
325	21 lis	61,7
326	22 lis	64,5
327	23 lis	63,1
328	24 lis	57,6
329	25 lis	76,8

Obliczenia statystyczne wyników i ich interpretacja:

Na podstawie danych z tabeli nr 1 wykonano wykres obrazujący przebieg zmian mętności w czasie, który pozwolił na określenie okresów większych i mniejszych mętności, a także okresów charakteryzujących się wahaniami tego wskaźnika.

W dalszej kolejności na podstawie danych z tabeli nr 1 określono prawdopodobieństwa występowania stężeń, uszeregowano je malejąco i pogrupowano wartości w założonych przedziałach oraz obliczono ilości wyników występujących w danym przedziale. Całość przedstawiono w tabeli nr 2:

Prawdop. P[%]	Mętność uszereg. malejąco	Ilość wyników w przedziałach zmian co 10
0,27	134,7	1
0,55	123,5	1
0,82	115,2	3
1,09	112,8
1,37	112,8
1,64	110,5	15
1,91	109,8
2,19	109,8
2,46	109,2
2,73	105,8
3,01	105,8
3,28	104,7
3,55	104,7
3,83	104,7
4,10	103,5
4,37	102,3
4,64	102,3
4,92	102,3
5,19	101,9
5,46	101,9
5,74	98,3	5
6,01	94,6
6,28	91,7
6,56	91,7
6,83	91,7
7,10	90,0	26
7,38	89,4
7,65	89,4
7,92	89,2
8,20	89,2
8,47	89,2
8,74	88,2
9,02	87,4
9,29	87,4
9,56	87,4
9,84	87,2
10,11	85,5
10,38	85,5
10,66	85,5
10,93	85,5
11,20	85,5
11,48	85,1
11,75	84,7
12,02	84,7
12,30	83,7
12,57	83,7
12,84	83,7
13,11	83,7
13,39	82,3
13,66	81,9
13,93	81,1
14,21	80,9	25
14,48	79,6
14,75	78,8
15,03	78,8
15,30	78,8
15,57	78,8
15,85	78,8
16,12	78,8
16,39	78,8
16,67	78,4
16,94	78,3
17,21	76,8
17,49	76,8
17,76	76,4
18,03	76,4
18,31	75,9
18,58	75,9
18,85	75,5
19,13	75,5
19,40	74,1
19,67	74,1
19,95	74,1
20,22	72,3
20,49	71,3
20,77	71,3
21,04	70,6	36
21,31	70,6
21,58	70,6
21,86	68,6
22,13	68,6
22,40	68,2
22,68	68,2
22,95	68,2
23,22	67,0
23,50	67,0
23,77	67,0
24,04	67,0
24,32	65,9
24,59	65,9
24,86	65,9
25,14	65,9
25,41	65,9
25,68	65,9
25,96	65,9
26,23	65,9
26,50	65,9
26,78	65,3
27,05	64,7
27,32	64,5
27,60	63,5
27,87	63,5
28,14	63,1
28,42	63,1
28,69	63,1
28,96	63,1
29,23	61,7
29,51	61,7
29,78	61,7
30,05	61,7
30,33	61,7
30,60	61,7
30,87	59,0	52
31,15	59,0
31,42	59,0
31,69	59,0
31,97	57,6
32,24	57,6
32,51	57,6
32,79	57,6
33,06	57,6
33,33	57,6
33,61	57,6
33,88	56,4
34,15	56,4
34,43	56,3
34,70	55,9
34,97	55,3
35,25	55,3
35,52	55,3
35,79	55,3
36,07	55,3
36,34	54,9
36,61	54,7
36,89	54,7
37,16	54,1
37,43	54,1
37,70	54,1
37,98	54,1
38,25	54,1
38,52	54,1
38,80	54,1
39,07	54,1
39,34	52,9
39,62	52,9
39,89	52,9
40,16	52,9
40,44	52,9
40,71	52,9
40,98	52,9
41,26	52,9
41,53	52,9
41,80	52,9
42,08	52,9
42,35	52,9
42,62	52,9
42,90	52,9
43,17	52,9
43,44	52,9
43,72	52,9
43,99	52,9
44,26	52,9
44,54	52,8
44,81	51,0
45,08	50,6	23
45,36	50,6
45,63	50,6
45,90	50,6
46,17	49,4
46,45	49,4
46,72	48,0
46,99	47,0
47,27	46,1
47,54	46,1
47,81	45,1
48,09	45,1
48,36	44,7
48,63	44,7
48,91	44,1
49,18	44,1
49,45	44,1
49,73	44,1
50,00	43,1
50,27	43,1
50,55	42,3
50,82	42,3
51,09	41,2
51,37	40,2	16
51,64	40,0
51,91	40,0
52,19	40,0
52,46	38,2
52,73	37,2
53,01	35,3
53,28	35,3
53,55	34,3
53,83	34,1
54,10	32,9
54,37	32,9
54,64	32,3
54,92	31,8
55,19	31,8
55,46	31,6
55,74	30,6	26
56,01	29,7
56,28	29,5
56,56	29,4
56,83	29,4
57,10	29,4
57,38	29,4
57,65	29,1
57,92	28,4
58,20	28,2
58,47	28,2
58,74	27,4
59,02	27,0
59,29	26,5
59,56	26,5
59,84	26,1
60,11	25,5
60,38	24,7
60,66	23,8
60,93	23,5
61,20	22,9
61,48	21,6
61,75	21,3
62,02	21,2
62,30	21,2
62,57	21,2
62,84	19,6	31
63,11	18,8
63,39	18,6
63,66	16,7
63,93	16,6
64,21	16,5
64,48	16,5
64,75	16,5
65,03	16,5
65,30	16,5
65,57	16,4
65,85	16,4
66,12	15,7
66,39	14,1
66,67	14,1
66,94	14,1
67,21	14,1
67,49	14,1
67,76	13,9
68,03	13,7
68,31	13,6
68,58	12,5
68,85	12,3
69,13	12,2
69,40	11,9
69,67	11,9
69,95	11,8
70,22	11,8
70,49	11,8
70,77	11,8
71,04	11,8
71,31	10,8	105
71,58	10,8
71,86	9,9
72,13	9,9
72,40	9,9
72,68	9,9
72,95	9,9
73,22	9,9
73,50	9,4
73,77	8,2
74,04	8,2
74,32	7,9
74,59	7,9
74,86	7,9
75,14	7,9
75,41	7,9
75,68	7,8
75,96	7,8
76,23	7,1
76,50	6,9
76,78	6,9
77,05	6,9
77,32	6,6
77,60	6,6
77,87	6,3
78,14	6,3
78,42	6,3
78,69	6,3
78,96	6,3
79,23	6,1
79,51	6,1
79,78	5,9
80,05	5,9
80,33	5,9
80,60	5,9
80,87	5,9
81,15	5,9
81,42	5,9
81,69	5,8
81,97	5,6
82,24	5,6
82,51	5,6
82,79	5,5
83,06	5,5
83,33	5,5
83,61	5,5
83,88	5,4
84,15	5,3
84,43	5,3
84,70	5,3
84,97	5,3
85,25	5,3
85,52	4,9
85,79	4,9
86,07	4,9
86,34	4,9
86,61	4,7
86,89	4,6
87,16	4,6
87,43	4,4
87,70	4,4
87,98	4,4
88,25	4,4
88,52	4,2
88,80	4,2
89,07	4,1
89,34	4,1
89,62	4,0
89,89	4,0
90,16	4,0
90,44	3,9
90,71	3,9
90,98	3,5
91,26	3,5
91,53	3,4
91,80	2,8
92,08	2,8
92,35	2,7
92,62	2,4
92,90	2,4
93,17	2,1
93,44	2,1
93,72	1,9
93,99	1,8
94,26	1,8
94,54	1,8
94,81	1,8
95,08	1,8
95,36	1,8
95,63	1,8
95,90	1,8
96,17	1,8
96,45	1,6
96,72	1,6
96,99	1,6
97,27	1,6
97,54	1,4
97,81	1,4
98,09	1,4
98,36	1,2
98,63	1,2
98,91	1,2
99,18	1,2
99,45	1,2
99,73	1,2

Na podstawie tabeli nr 2 wykonano wykres krzywej sumowej występowania mętności w rzece wraz z wyższymi:

Powyższa krzywa pozwoliła na podjęcie decyzji dotyczącej celowości stosowania osadników wstępnych. Celowa jest sedymentacja przy wystąpieniu mętności powyżej 100 NTU. W tym przypadku stężenia >100 NTU wystąpiły w 20 dniach. Zatem nie jest celowa budowa osadników wstępnych dla ich pracy przez 20 dni w roku. W dniach o podwyższonej mętności należy zwiększyć częstotliwość płukania filtrów. Budowa osadników jest racjonalna, gdy stężenie > 100 NTU występuje ponad 30 dni w roku.

Tabela nr 3 przedstawia zakresy stężeń i ilości zanotowanych w nich wyników, odpowiadające dniom występowania wartości w badanym roku:

ZAKRES mętności NTU	Czas trwania, dni
0-10	105
11-20	31
21-30	26
31-40	16
41-50	23
51-60	52
61-70	36
71-80	25
81-90	26
91-100	5
101-110	15
111-120	3
121-130	1
131-140	1

W oparciu o dane z tabeli nr 3 wykonano wykres częstotliwości występowania stężeń mętności w rzece:

Z powyższego wykresu odczytuje się najdłużej trwające w roku stężenia mętności w rzece. W tym wypadku są to wartości 0-10 NTU, które trwały przez 105 dni oraz wartości pomiędzy 51-60 NTU, które trwały 52 dni.

Obliczenia zapotrzebowania koagulantu:

Do obliczenia dawki koagulantu (siarczanu glinu) przyjmuje się wzór:

$$D = 7*\sqrt{M}\ g\ subs.stalej/m^{3}$$

Dobowe i roczne zużycie koagulantu obliczono tabelarycznie dla poszczególnych czasów trwania zakresów mętności, przy przyjęciu stężenia górnego w danym zakresie. Wyniki obliczeń dla siarczany glinu zestawiono w tabeli nr 4:

Zakres mętności NTU	Czas trwania, dni	Dawka koagulanta [g/m3]	Przepływ Q [m3/d]	Dobowe zużycie koagulanta [kg/d]	Łączne zużycie koagulanta [ton]
0-10	105	23,0	19943	458,4	48,13
11-20	31	31,0	19943	618,0	19,16
21-30	26	38,7	19943	771,9	20,07
31-40	16	44,4	19943	884,9	14,16
41-50	23	49,8	19943	992,7	22,83
51-60	52	53,8	19943	1072,3	55,76
61-70	36	58,8	19943	1172,6	42,22
71-80	25	63,0	19943	1256,0	31,40
81-90	26	66,4	19943	1324,1	34,43
91-100	5	69,4	19943	1384,0	6,92
101-110	15	73,6	19943	1467,8	22,02
111-120	3	75,1	19943	1498,7	4,50
121-130	1	77,8	19943	1551,3	1,55
131-140	1	81,2	19943	1620,1	1,62
			Roczne zużycie koagulanta	324,75

W tabeli wartości w poszczególnych kolumnach obliczone zostały następująco:

Dawka koagulantu według wzoru: $\ D = 7*\sqrt{M}\ $

Dobowe zużycie koagulantu: iloczyn dawki i przepływu wody

Roczne zużycia koagulantu: iloczyn czasu trwania stężenia i dobowego zużycia koagulantu wymaganego dla odpowiednich stężeń

Obliczenie kosztu zakupu koagulantu:

Cena zakupu siarczany glinu wynosi 730 zł za tonę. Zatem przy rocznym zużyciu siarczany glinu – 325 t, koszt jego wynosi:

K=325 t * 730 zł/t = 237 250 zł

Jednostkowy koszt koagulantu – siarczanu glinu:

kj=237 250/(365 dni*19943 m³/d)=0,033 zł/m³ oczyszczanej wody